振动监测
概览
当存在如建筑工地或不利的风力条件等巨大的振动源时，测量受影响的建筑物和桥梁等结构或地面的振动非常重要。因为至少要确保振动不会给附近的人带来不适，而更重要的是 – 确保振动不会对这些结构造成损坏。
虽然每种结构都会在一定程度上振动，但应监测其限值以确保建筑中各类材料的完整性与可靠性，以及人们的健康和安全。考虑到这些安全和舒适因素，许多国家都制定了相关规范和标准，定义了不同环境中这些振动的限值。
结构振动是由机械粒子/质点振荡来定义的。这些振动在三个垂直方向上测量。
振动可影响的三件事
结构完整性
建筑物、桥梁与关键基础设施因过度机械应力和施工活动而遭受永久性损伤。
人体舒适度
振动使人不适，应将振动控制在国际人体舒适度与安全标准及法规所规定的限值以内。
敏感设备
精密机械、医疗设备、科研仪器与数据中心等受振动引起性能退化与过早失效。
为什么监测结构振动
不受控制的施工振动绝非仅是技术层面的细枝末节 – 它关乎切实的项目风险。
风险管理
过度振动可能导致财产损失、诉讼、项目延误与成本上升。
依法合规
有据可查的数据可为拆除、支护与开挖许可提供支持。
社区关系
可共享的数据能够安抚周边居民，将投诉化解于冲突升级之前。
权益维护
完整的振动记录有助于解决损坏索赔与纠纷。
公共安全
将振动控制在安全限值以内，可降低工人与公众面临的风险。
哪些场合测量结构振动
振动测量涵盖多种环境，具体取决于所要保护的对象——结构本身、其中的人员，还是周边的敏感设备：
结构完整性
测量峰值质点速度（PPV）与主频，并对照结构损伤阈值（如 DIN 4150-3）进行评估，适用于以下环境：
建筑工地
施工现场的重型机械作业，尤其是开挖、打桩、振动压实、拆除以及履带式设备移动，会产生地面传播振动，可能对周边建筑造成损伤。同时，其对人员的干扰也需要加以管控。
产生最强振动的活动在不同来源中具有一致性：场地清理与拆除、地基压实，以及开挖、打桩和钻孔等深基础作业。持续振动源比短时瞬态事件具有更大的损伤潜力。
爆破
在采矿等行业的爆破作业中，最大限度降低对周边环境、附近社区及工人安全的影响。
爆破产生的地面振动通常依据 DIN 4150-3、AS 2187.2 和 USBM RI8507 进行评估 – 这些标准同样用于评估施工振动对周边结构的影响，只是将其应用于采矿或采石场景。
道路交通
在交通高峰时段，有必要对建筑与地面振动进行跟踪监测，以确保周边居民的舒适度。
隧道
使用盾构机等修建地铁隧道时产生的振动对环境有重大影响，特别是在城市地下，监测隧道上方的地基等结构至关重要。
桥梁
桥梁结构对极端自然与人为事件的响应，以及车流量和车辆尺寸的不断增加，可能导致桥梁结构突发损伤与坍塌。持续或定期评估桥梁状况与性能，对于预防桥梁坍塌至关重要。
长期桥梁监测通常将传感器布设于基础及桥跨各关键点位，从而可在同一套装置上实现极端事件触发记录与持续模态分析 – 追踪可预示疲劳或腐蚀的固有频率漂移。
人体舒适度
依据国际舒适度与安全标准（如 BS 6472、ISO 2631、DIN 4150-2），在以下场所测量人体可感知的室内振动暴露：
毗邻工地的住宅
毗邻施工、拆除或打桩现场的住宅会受到地面传播振动的影响，居民可感知的振动水平往往远低于会造成结构损伤的程度。此处的监测侧重于 VDV 与 KBFT 阈值，以管理投诉并向邻居和监管机构证明合规性。
办公室等工作场所
靠近交通线路、暖通空调设备 HVAC 或建筑施工等的开放式办公室可能承受低水平振动，即使结构上无害，也会影响注意力和舒适度。连续监测有助于将扰民振动与真实风险区分开来。
学校
靠近道路、铁路或工地的教室需进行监测，以确保教学时段振动暴露保持在舒适度限值以内，既确保师生福祉，也满足的合规要求。
医院和疗养院
除保护敏感医疗设备外，医院病房与患者房间还需监测居住者舒适度 – 来自附近交通、施工或建筑设备的振动会影响患者休息与康复。
高层住宅与酒店
靠近铁路沿线的高层住宅与酒店建筑，其上层可能遇到被放大的振动。长期舒适度监测有助于验证设计，并持续保障租户或宾客的满意度。
历史建筑或遗迹
向公众开放的历史建筑需进行监测，既保护脆弱的建筑本体，也确保在附近举办的活动和访客等的舒适度，在保护与日常使用之间取得平衡。
振动监测仪是测量振动水平最常用的设备
什么是振动监测仪？哪些场合需要测量结构振动？
需要监测结构振动的场景多种多样，比如：
建筑工地
这些施工现场通常有大型机械运行，特别是挖掘、打桩、振动压实、拆除和履带式设备，都会产生地面振动，这可能会损坏附近的建筑物。此外，其对人们工作和生活造成的干扰也需要加以规范。
爆破
必须最大化降低采矿等爆破作业对周围环境、社区和工人安全的影响。
铁路和公路
在交通高峰时段，需要跟踪建筑和地面振动，以确保附近居民的舒适度。
隧道
使用盾构机等修建地铁隧道时产生的振动对环境有重大影响，特别是在城市地下，监测隧道上方的地基等结构至关重要。
桥梁
极端自然灾害和人为因素的结构响应，以及越来越大的交通流量可能导致桥梁结构的突然损坏甚至坍塌。连续或定期评估桥梁状况和性能对于防止桥梁结构性损坏意义重大。
振动监测仪适合广泛的应用。它们被应用于各种领域，如
- 产品测试
- 水坝监测
- 拆除
- 教育
以及保护
- 医院
- 发电站
- 数据中心
- 博物馆和历史遗址
等敏感结构。
5GV
5GV 是一款具有卓越精度的尖端 MEMS 振动和倾斜监测仪，集成 3G/4G 网关，是行业的理想解决方案。
友好的用户设计确保了它易于远程配置、安装和管理，无需依赖耗时的现场访问。由于其低功耗设计和灵活的供电，5GV 最大限度地减少了维护需要。
系统包括：
5GV 三轴振动监测仪
可选：
5GV 三脚架安装板（用于临时地面安装）
测量哪些振动参数？
在振动过程中，结构内的粒子/质点会振动。对于每个轴，质点振动的速度（速率）是通过随时间移动的距离（位移）计算的。
质点速度（v），单位毫米/秒 mm/s，公式：
v = Δd / Δt
Δd → 质点位移，单位毫米 mm
Δt → 时间，单位秒 s
PPV（质点峰值速度）
PPV 是振动测量的最基本参数。PPV 表示每个轴向上一段时间（T）内的最大质点速度。
PPV 是未计权信号的最大绝对值
PCPV（质点峰值分量速度）
PCPV 是每个轴向上 PPV 值中最大的一个：
PCPV = max(PPVx, PPVy, PPVz)
PVS（峰值矢量和）
PVS 是同时考虑 x、y 和 z 三个方向上的 PPV 计算出的矢量速度：
PVS = √((PPVx)2 + (PPVy)2 + (PPVz)2)
从数学的角度来说，就是 PPV 分量平方和的平方根。
DF（主频率）
和音频信号类似，振动信号也可以分解为单个频率分量（过零点法*或快速傅里叶变换 FFT）。这样，就能从主频率（DF）读取有价值的信息，例如自有（共振）频率的变化。这些频率与结构的刚度成正比。例如钢结构中的频率变化可能表明其存在严重的腐蚀。因此，钢结构桥梁的监测应关注频率的任何偏移。
同一信号在时域和频域中
* 过零点（ZC）是进行频率评估最简单的方法之一。它的工作原理是，由于振动在每个周期内两次穿过 x 轴，我们可以简单地计算穿过次数，然后将其除以 2，再除以观测窗口大小，得到主频。这种方法在有几个完整周期时效果更好。观测窗口的长度越长，精度就越高。
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